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乏燃料储存:一家民营装备公司的新征途

????????发布时间:2019-08-14 10:44????????编辑:北极电力网

发运仪式现场

发运仪式现场合影留念

    文丨胡学萃

8月1日?#24418;?2点30分,恒温恒湿的清洁厂房响起主行车启动运行前的“滴滴滴滴”的警报声。一台高度超过4米、重量超过10吨的乏燃料干式贮存容器的吊篮被吊起,大约30秒后,行进至位于地坑的筒体上方。现场工作人员确认了吊篮和筒体的方位?#22270;?#36317;后,吊篮被平滑地装入筒体,一气呵成,用时大约一分钟。

这是上海阿波罗机械股份有限公司(以下简称“阿波罗”)江海厂区在乏燃料干式贮存容器制造过程中的一个再普通不过的场景。江海厂区位于上海奉贤区南桥镇,正在组装的这台容器将在两个半月后发往中国核工业集团公司所属的田湾核电站现场。

在阿波罗副总经理夏京令看来,乏燃料干式贮存容器就好比垃圾箱,但因为它装的是带有高放射性的乏燃料(主要是γ和中子),对质量和性能要求就要比一般的贮存容器?#37327;?#24471;多了。

    就在前不久的7月24日,世界首台NUHOMS®VVER1000乏燃料干式贮存容器顺利发往江苏田湾核电厂。这家从事火电泵出身的民营企业,于2009年1月获得国家核安全局颁发的《民用核安全设备设计/制造许可证》,开始了民用核电乏燃料干式贮存容器的新征途。

燃眉之急

2015年11月22日,阿波罗与法国阿海珐TN公司(新阿海珐集团于2018年正式更名为“欧安诺”,将?#28404;?#37325;新聚焦到核燃料开发?#32422;?#24223;物管理上,包括铀矿冶炼转化与浓缩、乏燃料再循环和物流、核设施退役及工程设计。)核燃料循环设备国产化合作签字仪式暨干法贮存容器样机开工仪式在上海悦华大酒店举行,双方就核燃料循环设备制造签署了战略合作框架备忘录,欧安?#28404;?#38463;波罗提供技术支持,阿波罗则利用自身的装备制造能力成为欧安诺全球供应链上的重要合作伙伴。

但火电泵出身的阿波罗能够做好核电乏燃料贮存容器吗??#28304;耍?#27431;安诺派驻中国的代表不禁皱起了眉头。“他们一开始对我们的能力肯定是不信任的。”夏京令回忆道。

按照阿波罗与欧安诺签订的协议,欧安?#28404;?#38463;波罗提供技术指导并完成样机制造。因为对于阿波罗制造能力?#29615;?#24515;,起初欧安诺提出由阿波罗只负责其中四分之一的分包制造,但雄心勃勃、敢于创新的阿波罗怎会满足于此?“我们评估下来,只做四分之一,关键的核心问题根本就触及不到。”阿波罗副总工程师仲伟荃说。

之所以进军乏燃料干式贮存容器领域,得益于阿波罗董事长陆金琪的“战略眼光”:尽管福岛核事故之后,中国?#33795;?#20102;新核电项目的审批,但在建的和在役的核电机组有56台,其中在建机组18台,位居全球第一。与此相对照的是,中国核电乏燃料后处理能力缺乏,位于西?#22791;?#22721;深处的404厂年处理能力仅为50吨,相当于现在的2.5台百万千瓦机组每年产生的核废料。

按照惯例,每台机组在建设时?#23478;?#37197;备乏燃料水池,但目前的乏燃料水池也仅供10年之用,除去附属格架和其它附属设备所占用的空间,?#23548;?#21482;能够存储7-8年。“乏燃料如果不能及时导出,机组就要被迫关闭。就像人一样,只吃饭不排泄,身体受不了。”夏京令说。

三大核电集团中,中核集团田湾核电最为着急。田湾1、2号机组于2007年正式投入商业运行,距今已有12年历史。按照每年换料50根燃料棒来计算,田湾核电1、2号机组12年累计产生的乏燃料棒超过了600根,而乏燃料水池的最大存放容量只有700根。田湾3、4号机组运行后,为缓解1、2号机组乏燃料水池的压力,田湾核电站不得不将部分来自1、2号机组的乏燃料暂时存放在3、4号机组乏燃料池中。

2018年4月28日,田湾乏燃料干式贮存容器供货合同开始执行,按照业主田湾核电的要求,阿波罗必须在2019年6月底前至少为其提供一台容器以解“燃眉之急”。

发运仪式座谈会。
 
两个大拇指

    2014年,陆金琪三顾茅庐,将已经从大连宝原核设备厂(原523厂)退休的夏京令邀请到阿波罗出任副总经理,负责现场技术与生产。乏燃料干式贮存容器分为筒体和吊篮两个部分,这也是制造的两大难点。按照欧安诺提供的图纸,筒体有一道环形焊缝,在阿波罗看来,环形焊缝最大的弊端,是对接错边?#32422;昂附?#24212;力释放导致的“掐腰”(?#38468;?#38656;要加热,冷却之后?#38468;?#37096;分收缩造成束窄)。欧安诺的做法是,在吊篮装入筒体之前,先对筒体进行加热处理。“我们知道,加热处理不仅会导致不锈钢颜色发黄,?#22815;?#23548;?#38470;?#23646;内部结构的变化。”仲伟荃说。

经过反复研究,阿波罗决定取消环缝,改为两道纵缝。而与此同时带来的,是需要一台至少5米长的卷板机。董事长陆金琪听完夏京令的汇报,当即拍板,决定投入100多万元从江苏金泽重型机械厂订制一台6米卷板机。后来的事实证明,两道纵缝不仅完美地避开了错边和“掐腰”的问题,?#25925;?#24471;筒体的内部金属线条?#25910;?#40784;的纵向排列,筒体直线度精度得以控制在1毫米以内。“效果非常好,两节筒体肯定是达不到的。”仲伟荃说。

吊篮部分的难度则在于像“蜂窝煤”一样的六方孔加工。厚度为40毫米的结构盘上,密密麻麻地排列着31个六方孔,?#23376;?#23380;之间的间隙为12毫米,误差则需要控制在0.7毫米。为此,阿波罗专门引进了一台五轴数控加工车床,即使是全世界最先进的数控加工车床,要加工出满足要求的六方孔,都需要反复多次加工才能实现,一着不慎满盘皆输。吊篮组装也是难点。14层结构盘必须按照从?#29616;料?#30340;顺序逐层组装后下落,这是个精细活,极其考验安装人员的细心和耐心。

阿波罗项目团队历时一年,在顺利通过了压力测试和氦检漏等关键产品性能试验节点后,于7月24日将世界首台VVER乏燃料干式贮存容器发往江苏田湾。这一天,原本对阿波罗制造能力心存疑虑的欧安诺制造总监司徒先生前来参加发货仪式,在参观了阿波罗的在线产品后,不禁对阿波罗团队竖了两个大拇指。“他说,日本日立也是他们的供应商,虽然日立做了几百台,但阿波罗第一台容器和日立的产?#24223;?#27604;,质量是旗?#21335;?#24403;的。”仲伟荃说。


 阿波罗董事长陆金琪。

权宜之计

    截至目前,阿波罗已经斩获来自中广核、中核共35台容器订单,其中包括分包制造合同21台、国产化10台、自主化4台。

然而,阿波罗并不满足于只负责生产“垃圾箱”。作为副总经理,夏京令的思考早已超出了产品本身,他为中国目前的乏燃料处理现状?#26800;?#25285;忧。当年在考察合作伙伴时,他曾经到过美国,之所以最终选择欧阿诺而不是好泰克,除了好泰克方面对中国人学习能力的“恐惧”之外,更重要的原因是因为欧安诺拥有全套的乏燃料后处理体系。“将乏燃料暂时放在垃圾箱只是权宜之计,更重要的还是提升中国?#32422;?#30340;乏燃料后处理能力。”夏京令说。

现实情况喜忧参半。2016年4月,国家发改委、国家能源局下发的《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》中,“乏燃料后处理与高放废物安全处理处?#30473;?#26415;创新”被?#24418;?5项重点任务之一。可见国家层面已对乏燃料后处理给予了重视,但?#23548;?#25805;作层面却面临重重困难,中法拟合作的价值120亿美元的乏燃料后处理厂也因为选址?#20219;?#39064;看起来“遥遥无期”。

在乏燃料后处理问题上,中国与世界主要核大国成为了真正的盟?#36873;?#32654;国在尤卡山项目折戟之后放弃了乏燃料再处理;英国正在逐步停止核燃料回收;而在日本北部的Rokkasho再加工工厂(在阿海珐的帮助下建造),在遭遇多年技术问题之后,一直难以启动。除了法国,俄罗斯成为了唯一一个重新加工乏燃料的国家。

或许,在中国?#33795;?#26032;核电项目审批的当下,乏燃料后处理才是下一个蓝海市场亦未可知。

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